химия 18.11.24

1.

Производство чугуна и стали
Их роль в современной промышленности и строительстве

2.

Производство чугуна
Производство чугуна — это процесс получения чугуна из железной руды в доменных печах. Это один из
ключевых этапов металлургического производства, используемый для создания сплавов, таких как сталь.
1. Подготовка сырья:
Железная руда (магнетит, гематит) предварительно дробится,
обогащается и агломерируется (или окатыши
изготавливаются).
Флюсы (например, известняк) добавляются для удаления
примесей.
Кокс используется в качестве топлива и восстановителя.
2. Загрузка доменной печи:
Доменная печь заполняется слоями железной руды, кокса и
флюсов.
Снизу подается горячий воздух (дутье), иногда обогащённый
кислородом, для ускорения горения кокса.
3. Вывод продуктов:
Плавленый чугун выводится через специальное отверстие и
отправляется на переработку (например, в сталь).
Шлак удаляется и используется, например, в строительстве
или как удобрение.
Характеристики чугуна:
Высокое содержание углерода (3-4,5%).
Хрупкость, что делает его менее пригодным для
механической обработки, но отличным сырьем для
производства стали и других материалов.
Использование:
Сырьё для производства стали.
Производство литых изделий (радиаторы, станки,
трубы).
Создание компонентов для машиностроения и
строительства.

3.

Процессы
Процессы внутри доменной печи:
Восстановление железа: Кокс горит, образуя углекислый
газ, который затем восстанавливает железную руду до
железа.
Плавление: Железо плавится, растворяя углерод и другие
элементы, образуя чугун.
Шлак: Примеси (сера, кремний, алюминий и др.)
соединяются с флюсами, образуя шлак, который всплывает
на поверхность.
Процесс восстановления железа из руды (Fe2O3​, Fe3​O4​)
происходит в несколько этапов:
Первичное восстановление гематита до магнетита:
Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
Дальнейшее восстановление магнетита до железной
окалины:
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
Образование шлаков
Шлак образуется из примесей руды и флюсов, таких как
известняк (CaCO3​):
Разложение известняка: CaCO3 → CaO + CO2
Реакция оксида кальция с примесями (например,
диоксидом кремния):
CaO + SiO2 → CaSiO3
Растворение углерода в железе
На нижнем уровне печи железо, полученное в процессе
восстановления, взаимодействует с углеродом кокса, образуя
чугун:
Fe + C → FeC
Восстановление железной окалины до металлического
железа:
FeO + CO →Fe + CO2

4.

Производство стали
Производство стали — это процесс переработки чугуна или железного сырья для снижения содержания углерода и
примесей, таких как сера, фосфор и кремний, с целью получения высококачественного материала. Сталь используется в
строительстве, машиностроении и других отраслях благодаря своим механическим свойствам.
Основные методы производства стали:
1. Электросталеплавильное производство (дуговые печи).
2. Конвертерное производство (кислородно-конвертерный процесс, LD-процесс).
3. Мартеновский процесс (устарел, используется редко).
Электросталеплавильный процесс
Этот метод используется для производства высококачественных сталей, особенно легированных.
Основные этапы:
Загрузка печи: В дуговую электрическую печь (ДСП) загружают металлический лом, иногда чугун, добавляют флюсы.
Нагрев и плавление: Электроды создают электрическую дугу, нагревающую материал до температуры плавления (16001800°C).
Рафинирование: Добавляют кислород, чтобы удалить примеси (углерод, фосфор, сера).
Мартеновский процесс (устаревший метод)
Использует смесь чугуна, лома и железной руды.
В мартеновской печи материал нагревается газовым
пламенем.
Процесс занимает больше времени, чем конвертерный.

5.

Кислородно-конвертерный процесс
Основные этапы:
1. Загрузка конвертера:
В конвертер заливают жидкий чугун, добавляют лом и флюсы (известь).
2. Продувка кислородом:
В верхнюю часть конвертера подают чистый кислород под высоким давлением через водоохлаждаемое
сопло. Кислород взаимодействует с примесями, окисляя их.
Основные химические реакции:
1. Окисление углерода:C + O2 → CO↑
2. Окисление кремния: Si + O2 → SiO2
3. Окисление фосфора:
4P + 5O2 → 2P2O5
4. Окисление серы:
S + O2 → SO2
Оксиды (SiO2 и Р2О5) связываются с известью (CaO), образуя шлак.